張 魯， 顧曉波，， 王長武， 林博偉

(1. 江蘇科技大學 船舶與海洋工程學院， 江蘇 鎮(zhèn)江 212003；2. 江蘇現(xiàn)代造船技術有限公司， 江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

基于任務包的造船生產(chǎn)資源配置

張 魯1， 顧曉波1，2， 王長武1， 林博偉2

(1. 江蘇科技大學 船舶與海洋工程學院， 江蘇 鎮(zhèn)江 212003；2. 江蘇現(xiàn)代造船技術有限公司， 江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

以任務包作業(yè)分解為基礎，將托盤類物資按照各任務包類型進行配置，并對其配置時間節(jié)點的設置進行研究，而場地以及設備的配置則是在將各類型任務包同組化的基礎上，建立任務包組負荷同造船生產(chǎn)資源能力之間的算法，以此提出一種造船生產(chǎn)資源合理性分配的方法，提高造船效率。

任務包；托盤物資；生產(chǎn)資源配置

0 引 言

在船舶建造作業(yè)流程中，對生產(chǎn)資源進行配置是生產(chǎn)計劃中的重要組成部分，建造所需要的生產(chǎn)資源主要包括物資、生產(chǎn)設備以及生產(chǎn)場地。生產(chǎn)技術、工藝的實際應用都需以這些有形的資源為基礎發(fā)揮功效，因此有必要對生產(chǎn)資源進行合理的配置，以提高生產(chǎn)資源的利用效率[1]。

任務包是現(xiàn)代造船模式中生產(chǎn)管理的基本單位，其內(nèi)容包括完成該項任務所需要的生產(chǎn)、設計、檢驗檢測項目以及相關物資等信息，是造船企業(yè)實現(xiàn)設計、物資、生產(chǎn)集成化管理的重要基礎[2]。在生產(chǎn)管理中也以任務包為單位進行生產(chǎn)資源的配置，因此有必要對以任務包為基礎的生產(chǎn)資源的配置方式進行研究，使生產(chǎn)資源的配置更加合理。

1 任務包的作業(yè)分解

造船工程的作業(yè)分解是從橫向和縱向兩方面進行的。橫向?qū)用嬷饕菍τ谏a(chǎn)進度而言，對應的是造船生產(chǎn)作業(yè)流程中設置的各個時間節(jié)點。時間節(jié)點的劃分，主要包括開工、總組、進船塢、下水、試航、交船等重要節(jié)點，在每個時間進度區(qū)間內(nèi)，進行相應的生產(chǎn)施工作業(yè)。造船作業(yè)的縱向分解則是按照劃分形成的中間產(chǎn)品的建造順序，結(jié)合船廠生產(chǎn)組織形式，對不同類型的殼舾涂作業(yè)任務按生產(chǎn)活動、任務包、派工單的層次進行分解，并將分解形成的作業(yè)任務派發(fā)給相應的施工單位。

生產(chǎn)活動對應的是生產(chǎn)中日程的關注項，任務包是根據(jù)區(qū)域、階段以及類型的不同劃分形成的基本作業(yè)單元，而派工單則是任務包繼續(xù)細化分解形成的最小管理單位。船舶工程作業(yè)分解的核心就是對造船流程進行合理的分解，得到一個個任務包來指導現(xiàn)場生產(chǎn)。

工種在生產(chǎn)計劃中對應生產(chǎn)中日程的關注項，并在實際生產(chǎn)中結(jié)合節(jié)點計劃把控生產(chǎn)進度的合理性。生產(chǎn)中日程計劃以及節(jié)點計劃制定的科學性為任務包的劃分提供了依據(jù)，而將工種對應到某一生產(chǎn)階段中的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形成了中日程的生產(chǎn)活動項目，其所對應的技能、生產(chǎn)作業(yè)類型則是劃分任務包的基本依據(jù)，將各類型、階段的工種在生產(chǎn)中所應用的技能對應到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中的某一分段/總段/區(qū)域等，構(gòu)成一個個任務包。每個任務包都有相應的區(qū)域、階段、類型與之對應，且都代表一項具體的作業(yè)任務。因此，任務包的內(nèi)容包含了作業(yè)部分、作業(yè)階段、作業(yè)工種以及所使用的技能。圖1為任務包分解過程中的信息基本構(gòu)成，其中：船舶建造過程中的分段、區(qū)域以及系統(tǒng)等決定任務包是哪個部分的作業(yè)；作業(yè)階段是指該項工作的進行階段，如分段階段、總組階段及船塢階段等，而階段又對應于時間節(jié)點；作業(yè)工種則可以確定該任務包是什么樣的作業(yè)，如預處理、切割等；作業(yè)技能是指該工種下具體的作業(yè)內(nèi)容，如裝配、焊接等。

圖1 任務包的基本構(gòu)成

任務包不僅是作業(yè)分解中的一個有效的信息載體，作為管理部門制定生產(chǎn)信息以及生產(chǎn)部門所需生產(chǎn)信息的承載者，在實際生產(chǎn)中，還需對每個任務包配置相關生產(chǎn)信息，以滿足實際生產(chǎn)的需要。任務包是托盤集配管理的基本單位，在對舾裝類物資托盤根據(jù)物資內(nèi)容等信息進行托盤任務包劃分的前提下，依據(jù)生產(chǎn)計劃制定不同類型任務包的托盤物資的配置計劃；生產(chǎn)場地、設備等生產(chǎn)資源的配置也是以任務包或任務包組為基本單位，將造船生產(chǎn)資源能力同任務包或任務包組負荷進行對應分析，將生產(chǎn)資源合理地配置給對應的任務包。

2 基于任務包的托盤物資配置

在以區(qū)域舾裝為主的現(xiàn)代造船模式中，船廠舾裝是以托盤為基本單位進行管理的，因此需建立以托盤管理為核心的托盤類物資配置方式。托盤的作業(yè)類型有制作與安裝等兩種類型，其涉及的階段有分段階段、總組階段以及合龍作業(yè)時的船塢階段，而每個階段的作業(yè)部分(分段、總段等)根據(jù)所需要的托盤物資內(nèi)容(鐵舾件托盤、管件托盤、電裝件托盤、設備托盤等)進行分類，形成造船流程全部的托盤分類。托盤管理以其內(nèi)容信息為基本劃分單位，參考托盤對應的區(qū)域、階段以及類型，遵從中間產(chǎn)品的劃分原則，在集配時根據(jù)實際情況以及生產(chǎn)計劃制定的生產(chǎn)信息進行配置，并且在現(xiàn)場安裝時不跨班組、不跨施工區(qū)域、不跨作業(yè)階段，一個托盤就是一個任務包。

造船企業(yè)在進行托盤管理時，其思路可以簡單表示為：

生產(chǎn)中日程計劃→托盤集配計劃→舾裝件需求計劃→納期需求計劃→舾裝件入庫→舾裝件領取→舾裝件托盤集配→現(xiàn)場施工[3]。

托盤集配計劃以月為周期進行滾動管理，而舾裝件需求計劃與納期需求計劃是根據(jù)托盤集配計劃制定的舾裝件采購和制作計劃。在集配中心領取舾裝件到位后就需根據(jù)小日程計劃進行舾裝件托盤的集配，以“周”為單位進行管理，集配中心在進行托盤配置時根據(jù)生產(chǎn)計劃信息(如施工區(qū)域、作業(yè)時間、施工班組、生產(chǎn)圖紙等)將托盤按時、按地送達。因此，在托盤管理中最重要的是確定托盤的制作時間、集配時間以及安裝時間，并以此為據(jù)建立托盤物資的配置計劃。

托盤類物資配置計劃是在托盤類任務包分解形成的基礎上，以任務包為單位，在中日程計劃制定的基礎上，參考任務包對應的中日程關注項，按照一定的時間節(jié)點標準制定舾裝件托盤的計劃安裝日期，然后再通過計劃安裝日期來倒推托盤的集配計劃時間，通過托盤的集配計劃時間來計算托盤的制作計劃時間，確保在計劃時間范圍內(nèi)將托盤制作(或外協(xié)購入)完成并運送至施工現(xiàn)場進行安裝。

托盤類物資配置計劃的編制依據(jù)主要有：

(1) 造船生產(chǎn)線表計劃、生產(chǎn)中日程關注項計劃；

(2) 各類型任務包的生產(chǎn)周期信息；

(3) 各生產(chǎn)執(zhí)行部門的前期準備、執(zhí)行能力情況分析。

分段舾裝類托盤的安裝參考對應的分段大組中日程，因為分段舾裝托盤的舾裝工作需在大組作業(yè)進行時完成?？偠昔秆b托盤類安裝參考的是對應的總組中日程，即總段舾裝的工作要在總組階段安裝完成。區(qū)域托盤的舾裝則是參考對應的搭載合龍形成的區(qū)域中日程，即區(qū)域舾裝需在區(qū)域的合龍階段安裝完成。

船廠生產(chǎn)各工序的進行具有一定的節(jié)拍，保證均衡連續(xù)性的生產(chǎn)。各類型舾裝任務包的生產(chǎn)工序間隔周期在設定時也需具有一定規(guī)律，一般設為半周(3～4天)的倍數(shù)，這是參考胎位計劃制定的經(jīng)驗得來的，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗以及資源配置情況，將分段占胎時間設為半周的倍數(shù)，能保證最大化的胎位利用效率。所有的工序都以此為參照節(jié)點，將前后各任務的作業(yè)時間都按照此規(guī)律進行設置，進行節(jié)拍化生產(chǎn)。因此，托盤類物資配置時間節(jié)點的設置是在參照對應的中日程關注項的基礎上考慮托盤配置流程中下道工序的生產(chǎn)間隔時間而得出的數(shù)值公式，即時間節(jié)點的設置建立在生產(chǎn)部門、班組在不影響下道生產(chǎn)工序的基礎上，必須在一定的時間提前(延后)期內(nèi)保證安裝、集配以及制作(外協(xié))工作的完成。以載重38 000 t的散貨船為例，表1為根據(jù)其實際生產(chǎn)作業(yè)情況制定的托盤物資配置計劃。

表1 載重38 000 t散貨船托盤物資配置計劃

需要說明的是，表1中S代表完成，S+表示節(jié)點完成以后的延遲時間，S-表示節(jié)點完成的提前時間。同一分段/總段/區(qū)域內(nèi)不同的舾裝托盤類型安裝時間不一，需根據(jù)實際的生產(chǎn)需要設定時間節(jié)點。

表中托盤物資的配置計劃時間只是基于某船廠的某一船型制定的，在實際生產(chǎn)中可以隨著建造船型的不同、生產(chǎn)進度中實際情況的變化進行階段性的調(diào)整，保證托盤物資的配置計劃符合生產(chǎn)進度的要求。

3 基于任務包的場地、設備配置

任務包是現(xiàn)場生產(chǎn)的基本管理單位，需要為每個任務包的生產(chǎn)執(zhí)行配置場地、設備等生產(chǎn)資源。每個任務包的作業(yè)生產(chǎn)也都要通過場地、設備等生產(chǎn)資源中的一項或多項來完成。這就需以工程分解結(jié)構(gòu)下形成的任務包為基本單位，將生產(chǎn)資源能力同任務包負荷進行匹配，在生產(chǎn)策劃時進行資源協(xié)調(diào)，從而合理地進行資源的配置。

以任務包為基礎的生產(chǎn)資源的配置，首先需根據(jù)相似性原理，結(jié)合實際情況將任務包成組化，以任務包組為基礎，分析該任務包組在某一生產(chǎn)階段上的負荷，再將組負荷與生產(chǎn)資源進行對接，分析任務包組的負荷與生產(chǎn)資源能力是否平衡。如果資源能滿足負荷的需求，則可進行資源的計劃編制，并投入作業(yè)生產(chǎn)；如果資源不能滿足負荷的需求，則要對任務包組負荷與生產(chǎn)資源能力再次分析，并進行調(diào)整。圖2為以任務包為基礎的造船生產(chǎn)資源配置管理流程。

圖2 造船生產(chǎn)資源配置管理流程

在生產(chǎn)作業(yè)實施中需注重對資源能力、作業(yè)負荷信息的采集，選擇有代表性的作業(yè)過程進行信息采集，并將采集得到的信息進行反饋、分析，以作為生產(chǎn)部門生產(chǎn)作業(yè)安排以及資源計劃制定是否合理的判斷依據(jù)。

造船生產(chǎn)資源的配置流程就是根據(jù)實際生產(chǎn)需要將相關生產(chǎn)資源合理地配置給對應的任務包。其配置流程為：

(1) 任務包分解形成及成組化。根據(jù)工程分解，選擇在生產(chǎn)作業(yè)時與生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)資源相近的任務包，將此類同類型任務包成組化。

(2) 各任務包影響能力分析。任務包成組化后，對任務包組中的各任務包對項目的影響能力進行分析?？梢栽O第j個任務包影響能力向量公式為

式中：Aj為第j個任務包的優(yōu)先施工順序，分別用1，2，3這3種級別表示；Bj為第j個任務包的施工作業(yè)難度，分別用1，2，3，4，5這5種級別表示，級別越高，表示施工作業(yè)難度越大，對項目的影響能力也越大；Cj為第j個任務包的施工作業(yè)量，作業(yè)量越大，表示用時越長，對項目的影響能力也越大；Dj為第j個任務包的緊后任務數(shù)量，數(shù)量越大，表示緊后任務越多，對項目的影響能力也越大。系數(shù)λ1，λ2，λ3，λ4表示各影響因素的向量系數(shù)，根據(jù)數(shù)學運算法則，定義：

(3) 生產(chǎn)資源影響能力評價。任務包生產(chǎn)作業(yè)的實施要建立在一種或多種資源的應用上面，可將造船生產(chǎn)資源對項目運行的影響能力設定一個向量公式為

式中：Fi為項目實施所依賴資源的重要程度，分別用1，2，3表示一般、重要以及非常重要3種級別，級別越高表示該資源對項目實施的影響越大；Gi為該資源對項目實施的有效作用時間；Hi為該資源本身的因素，如工作效率等。系數(shù)K1，K2，K3表示各影響因素的向量系數(shù)，根據(jù)數(shù)學運算法則，定義：

(4) 生產(chǎn)資源與任務包對接。分析了任務包與生產(chǎn)資源對生產(chǎn)項目的影響后，需將生產(chǎn)資源同任務包進行對接，分析生產(chǎn)資源同任務包的作業(yè)匹配程度情況，可設匹配關系矩陣公式為

式中：i為任務包生產(chǎn)作業(yè)提供能力的生產(chǎn)資源配置組,i=1,2,3，…，m；j為任務包組中任務包的數(shù)目,j=1,2,3，…，n。

造船生產(chǎn)資源同任務包的作業(yè)匹配程度等級可設為1，0.7，0.5，0等4種等級，分別表示很合適、合適、可以匹配和不可匹配。

一般來說，一個任務包通過配置一種或幾種生產(chǎn)資源都可以進行作業(yè)生產(chǎn)，但不同的生產(chǎn)資源對不同任務包的影響程度不一樣，為追求整個項目的建設進度以及質(zhì)量的優(yōu)化，可考慮將生產(chǎn)資源按優(yōu)先級別與匹配情況配置給相應的任務包。

(5) 生產(chǎn)資源配置。通過上述分析，可以以任務包為基礎，進行生產(chǎn)資源的配置，建立一個生產(chǎn)資源能力同任務包負荷之間的平衡矩陣公式，設為

式中：E為生產(chǎn)資源對項目運行的影響能力；P為某一個任務包對生產(chǎn)項目的影響能力；R為生產(chǎn)資源同任務包的作業(yè)匹配關系。

對B中的數(shù)值進行分析，可得造船生產(chǎn)資源的分配依據(jù)。數(shù)值越大就要將具有優(yōu)先施工順序、施工作業(yè)難度大、施工作業(yè)量大的任務包分配給能滿足該任務包負荷的生產(chǎn)資源。對B中數(shù)值的分析可轉(zhuǎn)化為最小優(yōu)化模型為

式中：s.t.表示式(7)轉(zhuǎn)化為最小模型的成立條件。Xij=1為將生產(chǎn)資源i配置給j；Xij=0為沒有將生產(chǎn)資源i配置給j；bmax=max(bij)。

此外，在式(5)中，m為該生產(chǎn)項目的m個提供能力的生產(chǎn)資源配置組總能力；n為生產(chǎn)項目中包含的任務包數(shù)目總負荷。

對m與n的數(shù)值進行分析。當m>n時，表示生產(chǎn)資源能力完全能夠滿足任務包組的負荷；當m=n時，表示生產(chǎn)資源能力剛好能夠滿足任務包組的負荷；當m

以載重38 000 t的散貨船的3個船底分段223，225，227為例來說明，它們作業(yè)類型、作業(yè)流程相似，所需要的生產(chǎn)資源也基本相同，將此3個分段構(gòu)件加工作業(yè)任務包成組并進行設備資源的配置分析如下。

(1) 各任務包影響能力分析。任務包的施工順序、作業(yè)難度、作業(yè)量以及緊后任務數(shù)對項目的影響能力差別不大，取λ1=λ2=λ3=λ4=0.25，并將各任務包的施工順序、作業(yè)難度、作業(yè)量以及緊后任務數(shù)進行信息采集并賦值，得出各任務包的影響能力數(shù)值表，如表2所示。

表2 任務包影響能力

(2) 生產(chǎn)資源影響能力評價。生產(chǎn)資源所具有的因素對項目的影響程度不一樣，其因素系數(shù)也不一樣。取K1=0.2，K2=0.5，K3=0.3，采集相關資源信息，并將生產(chǎn)資源對項目的重要程度、實施的有效作用時間以及資源本身因素進行賦值，得出生產(chǎn)資源影響能力評價表，如表3所示。

表3 生產(chǎn)資源影響能力評價

(3) 生產(chǎn)資源與任務包對接。將生產(chǎn)資源同任務包進行對接，對生產(chǎn)資源與任務包之間的作業(yè)匹配情況進行信息采集，并對所得信息數(shù)據(jù)進行分析，建立關系匹配矩陣公式為

(4) 生產(chǎn)資源的配置。以任務包為基礎對象，進行造船生產(chǎn)資源的配置。建立生產(chǎn)資源能力同任務包負荷之間的平衡矩陣公式為

依據(jù)式(7)對B中數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)果是

這就得出對該任務包組進行生產(chǎn)資源配置的依據(jù)，即將肋骨冷彎機2配置給223分段，將三輥彎板機1配置給225分段，將液壓機2配置給227分段。

在此例中，造船生產(chǎn)資源數(shù)為5，任務包數(shù)目為3，m>n，表示生產(chǎn)資源能力完全能夠滿足此任務包組的負荷。

在實際生產(chǎn)應用中，該船廠在進行計劃安排時以各類型任務包為基礎進行生產(chǎn)資源的分配，并注重采集生產(chǎn)信息，將任務包負荷同生產(chǎn)資源之間建立算法，以此為據(jù)使生產(chǎn)計劃的安排更加合理，大幅降低了生產(chǎn)中的設備、場地空閑等待現(xiàn)象，提高了資源的利用效率。

4 結(jié) 語

本文以作業(yè)分解得到的任務包為基本單位，對舾裝托盤類物資以及設備、場地等生產(chǎn)資源的配置方式進行研究、分析，得出托盤類物資配置計劃的設置依據(jù)以及建立任務包負荷同設備、場地等生產(chǎn)資源能力之間的匹配關系的算法，為生產(chǎn)資源的合理配置提供一種研究方法和參考依據(jù)。

[1] 宮琳,李鑫,李彬，等. 面向造船企業(yè)的生產(chǎn)設施資源建模及配置技術研究[J].成組技術與生產(chǎn)現(xiàn)代化,2008, 25(3):14-18.

[2] 毛蕾. 基于數(shù)字化造船的作業(yè)任務包研究[D].鎮(zhèn)江：江蘇科技大學,2014.

[3] 鄧碩. 面向船舶制造的托盤集配技術及系統(tǒng)實現(xiàn)[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學,2007.

ShipbuildingProductionResourceAllocationBasedonTaskPackage

ZHANG Lu1，GU Xiaobo1，2， WANG Changwu1， LIN Bowei2

(1.School of Naval Architecture and Ocean Engineering，Jiangsu University of Science and Technology，Zhenjiang 212003， Jiangsu, China；2. Jiangsu Modern Shipbuilding Technology Co.，Ltd.，Zhenjiang 212003， Jiangsu, China)

The tray material is configured according to the type of task package based on the task package operation and the configurotin of time node settings are studied. The allocation of the building site and equipment is based on the grouping of different types of task packages, and the calculation of the relationship between the task packages group load and the capacity of the shipbuilding production resources is established. A method of rational allocation of production resources is proposed which can improve the shipbuilding efficiency.

task package; tray material; production resource allocation

張 魯(1989-)，男，碩士研究生，研究方向為船舶先進設計與制造技術

1000-3878(2017)05-0006-06

U673

A